带速度锁定器支座在轨道交通资阳线的应用

李坤骏

中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司 四川成都 641400

摘要 轨道交通工程资阳线土建一工区位于成都平原东南处，通过地区的抗震设防烈度为6度，故需使用桥梁减隔震技术以及产品。本文以其中某一联68+110+68 m连续梁桥抗震设计为依托，通过midas软件建立数值计算模型，研究带速度锁定器支座的设计、施工技术以及其减震效果。结果表明所选支座类型各项性能均满足要求。

关键词  减隔震 数值计算  速度锁定器  支座

1. 工程概况

成都轨道交通资阳线吕家咀站～临空经济区站高架区间位于四川省成都市简阳市，本区间内有一联（68+110+68）m连续梁桥，位于直缓曲线地段，其前后均为高架段，主梁采用悬臂浇筑施工方案。起止墩号：F9#墩～F12#墩；起止里程：YDK85+317.50～YDK85+563.50，全桥长246m，箱梁采用等变高度单箱单室结构。箱梁顶板（后浇U型挡板外侧间距）宽度为10.8m，底板宽5.8m，梁高3.4～6.8m，底板厚0.3～1.5m，在边支点梁根部加厚至0.6m，中支点梁根部加厚至1.5m；顶板厚度为0.3m，边支点处加厚至0.7m，中支点处加厚至0.6m，箱梁腹板垂直厚度为0.284~0.582。全桥共设4道横隔梁，分别设于边支点、中支点截面处；中横隔梁设置（宽×高）1×1.2m、1.6×2m的孔洞，供人员通过。

2. 速度锁定支座的应用

2.1  速度锁定支座的设计与选型

一般情况下，梁体与桥墩通过支座连接，考虑到梁体会因为温差变化等，产生的水平方向内应力需要释放，因此通常将支座设计成上下支座板之间可以发生相对滑移的结构。这样就会导致梁体产生的水平力只能通过某个或某几个支座的限位结构传递到桥墩上，在制动力、强风载荷或地震荷载作用下，梁体会产生较大的水平力和快速运动，如果仅仅靠支座的限位方向将力传递到下部结构，这样对支座以及桥墩将非常不利，特别是多跨式连续梁顺桥向方向，如果不采取有效措施，梁体顺桥向方向的水平力将绝大部分由一个固定墩上的支座和桥墩承担，这样的情况将严重影响桥梁的整体寿命以及安全。故通过安装带速度锁定器的支座，能够有效的减小地震作用对桥梁的破坏作用，增加桥梁安全系数与使用年限。

考虑速度锁定器支座有两种，一种锁定器包含在支座内，一种锁定器在支座外。通过对国内外现有资料调研以及多种方案对比，项目最终选择铁路连续梁TJGZ系列速度锁定支座，支座材料均满足相关规范要求。

整个支座试验满足《EN 1337-7》和《铁路桥梁球型支座TB/T 3320-2013》标准内规定试验方法要求。进行试验即竖向载重试验、正转试验、摩擦试验。

其内部速度锁定器出厂时满足美国标准的"AASHTO LRFD Bridge Construction Specificotions" Section32内相关“慢速试验和快速试验”的试验方法要求。

2.2  速度锁定支座的安装工艺要求

速度锁定器安装示意图如图1所示。

图1 速度锁定器安装示意图

2.2.1  卸货与存放

支座需用软绳捆扎，在地面再经吊车运到预定安装地点。卸货需用堆高机来处理，支座各部件已用螺栓组合，可立即用于安装。如果送达工地的支座没有立即安装，其存贮的场所要求场地平整，并应能满足防潮防晒防尘条件。支座锚碇钢棒的下方用方木或木块垫放。支座各部件除上锚碇钢板外不可分解拆开。

整个卸货和存储的过程应保证支座的油漆面不受损坏。支座在储存、运输过程中应避免阳光直接照射、雨雪浸淋，并保持清洁；严禁与酸、碱、油类，有机溶剂等影响支座质量的物质接触，并距热源1m以上

2.2.2  安装前检查

(1)预偏量检查：活动型支座须检查预偏量数据（优先在工厂设置好）是否与该支座定位相符。如不正确领先放松支座的临时固定螺丝，再将支座滑动板依预偏量数据放置到位，并校对指针位置，然后重新旋紧临时固定螺丝；

(2)安装检查：在上锚碇板的正中心有一个刻痕以便安装时对正X轴（纵轴），Y轴（横轴）及支座高程，检查螺栓是否紧密固定；

(3)型号检查：核对支座标示牌，鉴别型号，核对桥墩号位置与支座的规格是否相符;

(4)其它检查：支座和锚碇板贴近混凝或水泥砂浆的面，必须无灰尘和油渍。现浇梁可以采用重力式灌浆法或座浆法。

2.2.3  重力式灌浆法

(1)凿毛支座就位部位的支承垫石表面，清除预留锚栓孔中的杂物，安装灌浆用模板，并用水将支承垫石表面浸湿，灌浆用模板可采用预制钢模，底面设一层4mm厚橡胶防漏条，通过膨胀螺栓固定在支承垫石顶面；

(2)支座四角采用钢垫块调整标高，就位后，在支座板与桥墩或桥台支承垫石顶面之间应留有20-30mm的空隙，以便灌注无收缩高强度灌注材料。灌注材料性能应满足《客运专线预应力混凝上预制梁暂行技术条件》等的要求；

(3)灌浆来用重力灌浆方式，灌注支座下部及锚栓孔处空隙，估算浆体体积，备料充足，一次灌满。灌浆口不低于梁顶面标高。灌注实用体积数量不应与计算值产生过大误差，应防止中间缺浆；

(4)灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，直至从钢模与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止；

(5)强度达到20MPa后，拆除钢模板，检查是否有漏浆处，若漏浆则进行补浆，拧紧下锚碇螺栓；

(6)待灌注梁体混凝土后、张拉预应力筋前拆除各支座上、下连接钢板及螺栓。

2.2.4  座浆法

(1)凿毛支座就位部位的支承垫石表面，清除预留锚栓孔中的杂物，并用水将支承垫石表面浸湿；

(2)先在支座垫石顶面辅一层厚20-30mm的M50干硬性无收缩砂浆，相应锚栓孔也灌满都M50流动性无收缩砂浆。砂浆顶面铺成中间略高于四周的形状。调整标高和水平度，支座就位；

(3)待灌注梁体混凝土后、张拉预应力筋前拆除各支座上、下连接钢板及螺栓。

3.  理论数值分析

项目组采用Midas/Civi软件，通过非线性时程反应分析方法系统地研究了该组合支座的抗震特点及效果。

3.1  速度锁定器的力学模型与模拟

目前，国内外已经有不少桥梁设置了速度锁定装置来增强桥梁的协同抗震能力，对于设置了锁定装置的桥梁结构的设计计算方法目前主要有以下几种[1]：

（1）直接将锁定器按照固接计算：按照0/1模式计算，即超出某一速度阈值时按固接计算，其它按照活动连接计算[2]；

（2）将其简化为刚度很大的弹簧进行计算；

（3）按照粘滞流体阻尼器的计算方法进行桥梁结构计算。

速度锁定器的构造与粘滞液体阻尼器的结构相似，从某种意义上说是一种特殊的液体阻尼器，不同之处主要在于所用介质不同，锁定器采用的介质在由温度变形、混凝土收缩徐变作用引起的慢速运动下，可通过活塞上的小孔或活塞与油缸间的间隙。而突加动力荷载会引起活塞杆加速挤压油缸内介质，将导致介质不能快速通过活塞，使得锁定装置被锁定。

根据文献，当阻尼指数取较大值，阻尼系数也较大时，用粘滞液体阻尼器的公式模拟速度锁定器是可行的。根据所用的支座参数，本文取阻尼指数为1.5，阻尼系数为6.33×107(mm/s)-1.5kN来近似模拟速度锁定器，支座平面布置如图3所示。

3.2  计算模型

采用Midas/Civil建立有限元模型，该桥小里程方向墩为固定墩（F10墩），大里程方向墩为活动墩（F11墩），采用黏滞阻尼器一般连接单元模拟速度锁定器。大桥梁跨布置图如图3所示，

为对比分析带速度锁定器支座对桥梁抗震的影响，本文建立两个模型。模型1仅采用普通支座（一般盆式支座），模型2固定墩顶支座类型不变，在活动墩顶采用带速度锁定装置的支座。该桥通过地区的抗震设防烈度为6度，桥址设计基本水平地震加速度峰值为0.05g,场地特征周期0.45s，地震反应分析中，地震波沿顺桥向输入；时程分析中选用相似与所在地区的EI Centro地震波进行时程分析。

3.3  计算结果

计算结果如表1所示。

表 1 速度锁定支座减隔震效果

桥墩	球型钢支座			球型钢支座+速度锁定器
	墩顶	墩底		墩顶	墩底
	剪力/kN	剪力/kN	弯矩/(kN·m)	剪力/kN	剪力/kN	弯矩/(kN·m)
F10	1296.2	1372.5	21955.2	714.4	837.4	14168.6
F11	1.2	184.6	2243.8	869.4	976.2	16224.4

其中对于固定主墩（F10墩）其最大弯矩为21955.2kN·m，较安装速度锁定器后最大弯矩值下降36%；最大剪力Fz=1372.5kN，较安装速度锁定器后最大剪力值下降40%；

对于安装速度锁定器的活动墩（F11墩）其最大弯矩值和最大剪力值均有大幅度增长。

4.  结论

(1)安装速度锁定支座后，固定墩墩顶剪力明显减小，同时活动墩的墩顶剪力有所增加，活动墩与固定墩一起抵抗地震作用。

(2)安装速度锁定支座后，固定墩的墩底弯矩明显减小，其最大弯矩减小36%，大大降低固定墩的造价，从而使固定墩可以不必做的过于粗大和丑陋。

(3)对于项目所选的速度锁定支座,速度锁定器直接安装在支座本体上,该连接安装方便,成本低。

总之，连续梁桥选用速度锁定支座，不仅降低造价，还降低了固定端的墩顶剪力和墩底弯矩，又充分发挥了活动墩的抗震能力，从而大大提高了连续梁桥在地震作用下的安全性。

参考文献

[1]张永亮，陈兴冲，颜志华.Lock-up装置在连续梁桥上的抗震性能研究[J].世界地震工程，2010,26(2)：48-52

[2]陈永祁，耿瑞琦，马良喆.桥梁用液体粘滞阻尼器的减震设计和类型选择[J].土木工程学报，2007,40(7)：55-61